Un pioneristico concetto ottimizzato di aereo a corto raggio ibrido-elettrico
In un mondo sempre più interconnesso di aziende e persone geograficamente distanziate, il trasporto aereo assume un’importanza fondamentale per le economie e la coesione sociale. Il settore dell’aviazione ha però un impatto ambientale significativo, legato per lo più alla rumorosità e alle emissioni. Le emissioni di CO2 di tutti i voli in partenza dagli aeroporti dell’UE-27 e dell’Associazione europea di libero scambio sono aumentate del 34 % dal 2005 al 2019. L’aviazione è responsabile di oltre il 3 % degli effetti antropogenici sul riscaldamento globale a causa delle relative emissioni di CO2 e degli impatti non legati alla CO2. Per rimanere in linea con gli obiettivi di emissioni nette pari a zero entro il 2050, sono necessari alcuni passaggi tecnologici radicali e un impegno costante nel campo della ricerca. La maggior parte degli aerei è tuttora alimentata da combustibili fossili, quindi i carburanti sostenibili per l’aviazione rappresentano un’area chiave della ricerca. Tuttavia, per il rispetto di tali obiettivi, saranno determinanti nel lungo termine progetti rivoluzionari volti a migliorare il rendimento dei motori e a realizzare aerei sempre più elettrici e, infine, completamente elettrici. Il progetto HECARRUS, finanziato dall’UE, ha affrontato questa esigenza cruciale con il ciclo completo di progettazione di un velivolo regionale da 19 posti basato su una propulsione ibrida-elettrica con emissioni prossime allo zero.
Simulazioni avanzate e analisi numeriche di velivoli basati su propulsione ibrida-elettrica
I velivoli elettrici a batteria non emettono direttamente gas e particolato, presentano emissioni acustiche ridotte, un rendimento elevato e costi operativi e di manutenzione potenzialmente inferiori. Secondo Anestis Kalfas e Vasilis Gkoutzamanis dell’Università Aristotele di Salonicco, ente coordinatore del progetto, «sono stati effettuati solo pochi voli inaugurali di velivoli elettrici certificati e delle sole tipologie a 2/4 posti, destinate principalmente all’addestramento dei piloti. Ad oggi, le caratteristiche delle batterie disponibili (densità energetica e peso) limitano fortemente le dimensioni degli aeromobili e rappresentano il principale ostacolo alla diffusione dell’aviazione a batteria». L’intento di HECARRUS è stato quello di accelerare questa evoluzione con simulazioni avanzate e analisi numeriche tali da esaminare molteplici configurazioni, architetture e soluzioni dirompenti che abbinano i motori a turbina a gas più efficienti a generatori di energia elettrica e tecnologie a batteria avanzate. Come dichiara Gkoutzamanis, «il futuro è ibrido. Non solo ibrido-elettrico, ma ibrido in generale: la ricerca, tra l’altro, punta a integrare diversi tipi di propulsori, come quelli termici ed elettrici per fornire la spinta, vari tipi di combustione per ottimizzare le emissioni e molteplici componenti e caratteristiche della cellula all’avanguardia». Oltre allo sviluppo del progetto concettuale, la ricerca fondamentale si è concentrata sull’identificazione dei punti di forza dell’ibridazione nella mobilità aerea regionale e sulle sfide scientifiche e tecniche per l’adozione di nuove architetture propulsive.
Una nuova era per l’aviazione sostenibile
L’abbinamento dei vari componenti aeronautici negli aeromobili dotati di propulsione ibrida-elettrica è una sfida che HECARRUS ha affrontato con risultati eccezionali grazie ai suoi strumenti di progettazione e alle simulazioni condotte. «HECARRUS è riuscito a realizzare la progettazione concettuale di un velivolo regionale per 19 passeggeri con emissioni prossime allo zero, basato su una propulsione ibrida-elettrica. Oltre alla progettazione, il progetto ha curato l’integrazione e l’ottimizzazione dei componenti della configurazione principale, includendo i sistemi delle turbine a gas, di alimentazione elettrica e gestione termica, nonché l’aereo stesso per l’intero profilo di utilizzo», spiega Gkoutzamanis. Secondo le analisi e la quantificazione dei benefici potenziali, la configurazione proposta da HECARRUS è in grado di ridurre le emissioni di CO2, ossidi di azoto e le emissioni sonore del velivolo regionale da 19 posti, rispettivamente del 34,3 %, del 30,5 % e del 20,0 %. «Abbiamo dimostrato come anche un aereo di dimensioni più ridotte possa incidere sulla sostenibilità dell’aviazione in modo significativo e come possa diventare un modello dirompente per i progetti futuri», conclude Kalfas. I modelli sviluppati nell’ambito del progetto supporteranno questa impresa. Insieme alle conoscenze generate e ai ricercatori formati nell’ambito di HECARRUS, il progetto contribuirà a riportare il settore dell’aviazione in linea con l’obiettivo di emissioni prossime allo zero entro il 2050.
Parole chiave
HECARRUS, velivolo, aviazione, propulsione ibrida-elettrica, batteria, velivolo regionale, turbina a gas
